[发明专利]一种适用于浅海负跃层条件的运动目标深度分类方法

权利要求书

1.一种利用声场波数谱差异特性的水面/水下目标分类方法，其特征在于：单水听器或者水听器阵列(阵列使用波束输出后的信号，可以适用于更低信噪比，其后续处理方法与单水听器一致，因此以下统一使用单水听器阐述发明内容)布放在浅海负跃层以下海底附近，接收径向运动目标发射的窄带或宽带信号(宽带信号处理结果是若干窄带信号处理结果的线性叠加，为了更为清晰地阐述发明内容，因此后文统一使用宽带信号)，并通过波数谱转换和声场模型软件离线计算等方法，实现水面/水下目标分类，其过程分为以下步骤：

步骤一，水听器接收目标辐射的宽带信号，记为p(t,f)，其中，t表示采样时间，f表示信号频率，采样间隔为Δt；根据已知的目标运动速度v，将时域采样间隔Δt转换为距离分辨率Δr＝Δt*v，水听器接收的宽带信号则记为p(r,f)，其中，r是任意参考距离，发明方法仅需要已知一段采样时间内目标运动距离和距离分辨率Δr；

步骤二将接收时域宽带信号p(r,f)转换到波数域，记为g(k_r,f)，转换公式如下式：

式中，k_r为波数。

步骤三假设水中声速最大值为c_max，最小值为c_min，海底沉积层声速为c_seafloor；计算波数k_down＝ω/c_seafloor，k_mid＝ω/c_max和k_up＝ω/c_min，其中ω＝2πf。将g(k_r,f)中满足k_down<k_r≤k_mid部分称为SRBR模态区域；将g(k_r,f)中满足k_mid<k_r<k_up部分称为non-SRBR模态区域。计算SRBR模态区域和non-SRBR模态区域内平均波数谱能量，计算公式如下式：

G_SRBR＝∑g(k_r,f)/(k_mid-k_down),k_down＜k_r＜k_mid (2)

G_non-SRBR＝∑g(k_r,f)/(k_up-k_mid),k_mid＜k_r＜k_up (3)

计算SRBR模态区域和non-SRBR模态区域平均波数谱能量之比，记为PR_e＝G_SRBR/G_non-SRBR，下角标e表示实际数据。

步骤四利用声场软件离线仿真。声速剖面、接收水听器位置和声源频率信息与实际水听器接收情况保持一致，假设目标声源深度为z，利用声场软件仿真水听器接收到的运动目标辐射的宽带声场信号，记为按照步骤二和步骤三中实测数据的计算方法，计算不同目标声源深度z对应的PR_s(z)值，下角标s表示仿真数据。根据PR_s(z)变化曲线和水面/水下目标的判决需求，选择合适的水面/水下目标的临界PR_s值，记为PR_c。

步骤五将步骤三中由实际数据得到的PR_e值与步骤四中由仿真数据得到的PR_c进行比较，当PR_e>PR_c时，判定为水下目标，反之为水面目标。

2.一种如权利要求1所述的利用声场波数谱差异特性的水面/水下目标分类方法，其特征在于：所述步骤一中的接收水听器是单个水听器。

3.一种如权利要求1所述的利用声场波数谱差异特性的水面/水下目标分类方法，其特征在于：所述步骤一中的接收水听器阵列形式水听器。

4.一种如权利要求3所述的利用声场波数谱差异特性的水面/水下目标分类方法，其特征在于：所述阵列形式水听器为垂直阵、水平阵、圆环阵或平面阵。